químicaelectroquímicasolucionsconceptes bàsics de la ciència
Electròlit fort vs electròlit feble
Tot i que ambdues substàncies permeten que l'electricitat flueixi a través d'una solució, la principal diferència rau en la manera com es descomponen completament en ions. Els electròlits forts es dissolen gairebé completament en partícules carregades, creant líquids altament conductors, mentre que els electròlits febles només s'ionitzen parcialment, cosa que resulta en una capacitat molt menor per transportar un corrent elèctric.
Destacats
Els electròlits forts converteixen gairebé el 100% de la seva massa en ions.
Els electròlits febles mantenen una part important de la seva estructura molecular original.
El flux elèctric en electròlits forts és significativament més robust.
Les constants d'equilibri ($$K_a$$ o $$K_b$$) només són rellevants per calcular el comportament d'electròlits febles.
Què és Electròlit fort?
Una substància que es dissocia completament en ions quan es dissol en un dissolvent com l'aigua.
Consisteixen principalment en àcids forts, bases fortes i sals solubles.
La fletxa de reacció en les seves equacions químiques normalment apunta només en una direcció.
Exemples comuns inclouen el clorur de sodi (sal de taula) i l'àcid clorhídric.
Aquestes solucions permeten que les bombetes en les proves de conductivitat brillin molt intensament.
La concentració d'ions en la solució és igual a la concentració del solut dissolt.
Què és Electròlit feble?
Un compost que només es descompon parcialment en ions, deixant la majoria de les molècules intactes en la solució.
La majoria d'àcids orgànics, com l'àcid acètic que es troba al vinagre, pertanyen a aquesta categoria.
El procés de dissociació arriba a un estat d'equilibri químic entre ions i molècules.
Produeixen una llum molt més tènue durant els experiments de conductivitat estàndard.
Només un petit percentatge, sovint menys del 5%, de les molècules s'ionitzen realment.
L'amoníac és un exemple clàssic d'una base feble que actua com un electròlit feble.
Taula comparativa
Funcionalitat
Electròlit fort
Electròlit feble
Grau de dissociació
Gairebé el 100%
Normalment de l'1% al 10%
Conductivitat elèctrica
Molt alt
Baix a moderat
Composició de partícules
Principalment ions
Barreja d'ions i molècules neutres
Tipus de reacció
Irreversible (complet)
Reversible (equilibri)
Exemples comuns
HCl, NaOH, NaCl
Vinagre, amoníac, aigua de l'aixeta
Estat de solut
Totalment ionitzat
Parcialment ionitzat
Fletxa a l'equació
Fletxa simple (→)
Doble fletxa (⇌)
Comparació detallada
Comportament d'ionització
La diferència fonamental entre aquests dos rau en el seu compromís molecular amb la descomposició. Els electròlits forts són decisius; un cop entren en contacte amb l'aigua, gairebé totes les molècules es divideixen en els seus ions components. En canvi, els electròlits febles existeixen en un estira-i-arronsa on les molècules es descomponen i es tornen a unir constantment, donant lloc a una solució on només una petita fracció de la substància porta realment una càrrega en un moment donat.
Conductivitat i brillantor
Si els connectessiu tots dos a un circuit amb una bombeta, la diferència seria visualment òbvia. La densa població d'ions en una solució electrolítica forta proporciona una autopista d'alta velocitat per als electrons, fent que la bombeta brilli intensament. Com que l'electròlit feble té molts menys "portadors" disponibles, el corrent troba molta més resistència, generalment produint una brillantor tènue i tènue.
Equilibri químic
Els electròlits febles es defineixen per la seva capacitat d'aconseguir l'equilibri, descrit científicament com a equilibri dinàmic. Com que no es descomponen completament, mantenen una proporció estable de molècules senceres respecte als ions separats. Els electròlits forts no es preocupen per aquest equilibri perquè la reacció es completa, deixant pràcticament cap molècula neutra original al dissolvent.
Seguretat i reactivitat
En general, els electròlits forts com l'àcid sulfúric concentrat són molt més agressius químicament perquè els seus ions estan disponibles immediatament per reaccionar. Els electròlits febles, tot i que encara són potencialment perillosos, reaccionen més lentament. És per això que podeu posar vinagre (un electròlit feble) a l'amanida amb seguretat, però mai no faríeu el mateix amb un electròlit fort com l'àcid nítric.
Avantatges i Inconvenients
Electròlit fort
Avantatges
+Excel·lent conductivitat
+Concentració d'ions predictible
+Taxes de reacció ràpides
+Alta energia química
Consumit
−Sovint altament corrosiu
−Difícil de controlar
−Potencialment perillós
−Dur amb l'equipament
Electròlit feble
Avantatges
+Reactivitat suau
+pH autorregulador
+Manipulació més segura
+Fenòmens naturals
Consumit
−Mala transmissió de potència
−Calen matemàtiques complexes
−Reaccions més lentes
−Dissociació incompleta
Conceptes errònies habituals
Mite
Totes les sals són electròlits forts.
Realitat
Mentre que la majoria de sals comunes com el NaCl són fortes, algunes sals de metalls pesants com el clorur de mercuri(II) en realitat es queden principalment com a molècules i es comporten com a electròlits febles.
Mite
Un electròlit feble és simplement un electròlit fort "diluït".
Realitat
La concentració i la força de l'electròlit són conceptes diferents. Un àcid feble molt concentrat continua sent un electròlit feble perquè les seves molècules es neguen a dividir-se completament, independentment de la quantitat que hi afegiu.
Mite
Els electròlits febles no poden conduir l'electricitat en absolut.
Realitat
Certament poden, però no gaire bé. Encara posseeixen ions que es mouen lliurement; simplement en tenen menys en comparació amb els seus homòlegs "forts".
Mite
La solubilitat determina la força de l'electròlit.
Realitat
No necessàriament. Una substància pot ser molt soluble però amb prou feines ionitzar-se (com el sucre, un no electròlit) o tenir baixa solubilitat però ser un electròlit fort per a la part que sí que es dissol.
Preguntes freqüents
Per què es considera l'aigua de l'aixeta un electròlit feble?
L'aigua pura en realitat no és un electròlit, però l'aigua de l'aixeta conté minerals dissolts com el calci i el magnesi. Com que aquests minerals són presents en baixes concentracions i l'aigua en si només s'ionitza en un grau molt petit, condueix malament l'electricitat en comparació amb alguna cosa com l'aigua salada, convertint-la en un electròlit feble en un sentit pràctic.
El Gatorade és un electròlit fort o feble?
Les begudes esportives com el Gatorade contenen sals com el clorur de sodi i el fosfat de potassi que es dissocien completament en aigua. Per tant, els components electrolítics en si són forts, tot i que la beguda està formulada amb una concentració específica que s'adapta a la suor humana.
Pot un electròlit feble tornar-se fort?
En el sentit químic més estricte, no, perquè la "força" és una propietat inherent dels enllaços químics. Tanmateix, a mesura que es dilueix un electròlit feble més i més, el percentatge de molècules que ionitzen augmenta, tot i que el nombre total d'ions per volum sol disminuir.
Quin és l'electròlit fort més comú al cos humà?
El clorur de sodi (sal) és l'electròlit fort més prevalent en els nostres sistemes. És vital per mantenir l'equilibri de fluids i permetre que els nostres nervis enviïn senyals elèctrics al cervell i als músculs.
Com els distingeixes en un laboratori?
La manera més fàcil és una simple prova de conductivitat amb una pila i una bombeta. Un electròlit fort farà que la bombeta brilli intensament, mentre que un de feble amb prou feines farà que el filament brilli. També podeu mesurar el pH si coneixeu la concentració inicial; els àcids forts tindran un pH molt més baix que els àcids febles de la mateixa molaritat.
El vinagre és un electròlit fort o feble?
El vinagre és un electròlit feble clàssic. Conté àcid acètic, que només allibera aproximadament l'1% dels seus ions d'hidrogen quan es dissol en aigua a concentracions estàndard. És per això que té un gust agre en lloc de ser perillosament càustic.
Totes les bases són electròlits forts?
No, només les "bases fortes" com l'hidròxid de sodi o l'hidròxid de potassi són electròlits forts. Altres, com l'amoníac o moltes amines orgàniques, són bases febles i, per tant, electròlits febles perquè no produeixen molts ions hidròxid en solució.
La temperatura afecta la seva força?
La temperatura pot canviar l'equilibri d'un electròlit feble, sovint fent que s'ionitzi més a mesura que augmenta la calor. En el cas dels electròlits forts, ja estan completament ionitzats, de manera que la calor principalment ajuda els ions a moure's més ràpid, augmentant lleugerament la conductivitat sense canviar la classificació de "força".
Veredicte
Trieu un electròlit fort quan necessiteu la màxima eficiència elèctrica o una reacció química ràpida i completa. Opteu per un electròlit feble quan necessiteu un entorn tamponat o un alliberament d'ions més lent i controlat en una solució.